Structural control of the hydrothermal system of the North-East Pyrénées (Corbières): Geothermal implications

Contrôle structural du système hydrothermal des Corbières (rétrobassin d’avant-pays oriental des Pyrénées) : implications géothermiques

¹ Laboratoire Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (EPOC), Université de Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, EPOC, UMR 5805, 33600 Pessac, France
² Laboratoire Géosciences Montpellier (GM), Université de Montpellier, UMR 5243, Campus Triolet, CC060, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier CEDEX 05, France
³ Laboratoire Morphodynamique Continentale et Côtière (M2C), Université de Caen, UMR 6143, 24 rue des tilleuls, 14032 Caen CEDEX 05, France

^* Corresponding author: adrien.eude@u-bordeaux.fr

Received: 3 September 2024
Accepted: 21 April 2025

Abstract

We investigate the hydrothermal system located at the North of the Pyrenean front forming a low relief area in a sedimentary environment (from the Mouthoumet Massif to the Montagne d’Alaric, Eastern-Pyrénées). This region is structured by W-E oriented Pyrenean folds and thrusts, which are affected by a dense network of NE-SW oriented fault system along which 24 hydrothermal springs localizes (>15 °C). Thanks to the construction of three balanced cross-sections and field-work campaigns, we infer that the structures abovementioned govern the hydrothermal system for the following reasons: 1) the Devonian carbonate layer confined between phyllosilicate rich formations constitutes the main fractured and karstified reservoir, 2) Pyrenean folds allows the main reservoir to outcrop at anticlines reliefs, favouring water recharge, flow at depth and high water column within low dipping limbs and synclines, 3) the Oligo-Miocene normal faults cut the fold and thrust structures and the phyllosilicate rich layers, and form dilatant high dipping pathways favoring the overpressured hydrothermal fluids to outflow at topographic depressions. The relatively low topography of the recharge area suggest that spring temperature is mainly controlled by reservoir depth, and therefore the folded and thrusted structure of the Devonian unit. This understanding of the reservoir geology and hydrothermal system provides new knowledge useful for geothermal exploration in polyphased-tectonics sedimentary environment.

Résumé

Nous explorons le système hydrothermal des Corbières situé au nord du front nord-pyrénéen en contexte orogénique de piémont sédimentaire (depuis le Massif de Mouthoumet jusqu’à la Montagne d’Alaric à l’est des Pyrénées). La région est structurée par les plis et chevauchements pyrénéens W-E, affectés d’un dense réseau de failles orientées NE-SW qui draine les fluides et localise 24 résurgences hydrothermales (>15 °C). Grâce à la construction de trois coupes équilibrées et de travaux de terrain, nous montrons que ces structures gouvernent les écoulements hydrothermaux pour les raisons suivantes : 1) les carbonates dévoniens, confinées entre les argiles siluriennes et les flyschs carbonifères, constituent le principal réservoir karstique et fracturé, 2) les plis pyrénéens favorisent sa recharge via sa mise à l’affleurement au niveau des anticlinaux, et les écoulements en profondeur via les flancs peu inclinées vers les synclinaux, 3) les failles normales oligo-miocènes NE-SW recoupent les plis, chevauchements et que les couches riches en phyllosilicates, et forment ainsi des conduits dilatants quasi-verticaux favorisant la surpression des fluides qui les empruntent pour atteindre les dépressions topographique. Les dénivelés relativement peu important entre la zone de recharge et les exutoires suggèrent que les températures des sources dépendent principalement de la profondeur atteinte par le réservoir dévonien déformé. La compréhension de la géologie du réservoir et de l’hydrosystème dans son ensemble offrent des nouvelles connaissances utiles pour l’exploration géothermique dans des zones sédimentaires déformées de manière polyphasée.